电机拖动实验指导

1. 开启三相交流电源的步骤

⑴ 开启电源前，要检查控制屏下面“直流电机电源”的“电枢电源”开关（右下角）及“励磁电源”开关（左下角）都须在“关”断的位置。控制屏左侧端面上安装的调压器旋钮必须在零位，即必须将它向逆时针方向旋转到底。

⑵ 检查无误后开启“电源总开关”，“关”按钮指示灯亮，表示实验装置的进线接到电源，但还不能输出电压。此时在电源输出端进行实验电路接线操作是安全的。 ⑶ 按下“开”按钮，“开”按钮指示灯亮，表示三相交流调压电源输出插孔U、V、W及N上已接电。实验电路所需的不同大小的交流电压，都可适当旋转调压器旋钮用导线从这三相四线制插孔中取得。输出线电压为0～400V（可调），并可由控制屏上方的三只交流电压表指示。当电压表下面左边的“指示切换”开关拨向“三相电网电压”时，它指示三相电网进线的线电压，当“指示切换”开关拨向“三相调压电压”时，它指示三相四线制插孔U、V、W和N输出端的线电压。

⑷ 实验中如果需要改接线路，必须按下“关”按钮以切断交流电源，保证实验操作安全。实验完毕，还需关断“电源总开关”，并将控制屏左侧端面上安装的调压器旋钮调回到零位。将“直流电机电源”的“电枢电源”开关及“励磁电源”开关拨回到“关”断位置。

2. 开启直流电源的操作

⑴ 直流电源是由交流电源变换而来，开启“直流电机电源”，必须先完成开启交流电源，即开启“电源总开关”并按下“开”按钮。

⑵ 接通“励磁电源”开关，可获得约为220V、0.5A不可调的直流电压输出。接通“电枢电源”开关，可获得40～230V、3A连续可调的直流电压输出。励磁电源电压及电枢电源电压都可由控制屏下方的1只直流电压表指示。当将该电压表下方的“指示切换”开关拨向“电枢电压”时，指示电枢电源电压，当将它拨向“励磁电压”时，指示励磁电源电压。但在电路上“励磁电源”与“电枢电源”，“直流电机电源”与“交流三相调压电源” 都是经过三相多绕组变压器隔离，可独立使用。

⑶ “电枢电源”是采用脉宽调制型开关式稳压电源，输入端接有滤波用的大电容，为了不使过大的充电电流损坏电源电路，采用了限流延时的保护电路。所以本电源在开机时，从电枢电源开关合闸到直流电压输出约有3～4秒钟的延时，这是正常的。 3.电枢电源设有过电压和过电流指示告警保护电路

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当输出出现过电压时，会自动切断输出，并告警指示。此时需要恢复电压，必须先将“电压调节”旋钮逆时针旋转调低电压到正常值（约240V以下），再按“过压复位”按钮，即可输出电压。当负载电流过大（即负载电阻过小）超过3A时，也会自动切断输出，并告警指示，此时，需要恢复输出，只要调小负载电流（调大负载电阻）即可。有时候在开机时出现过流告警，说明在开机时负载电流太大，需要降低负载电流，可在电枢电源输出端增大负载电阻，待直流输出电压正常后，再切除串接的电阻。如果在空载时开机仍然发生过流告警，这是由于气温或湿度明显变化，造成光电耦合器漏电使过流保护起控点改变所致，一般经过空载开机（即开启交流电源后，再开启“电枢电源”开关）预热几十分钟，便能够恢复正常工作。所有这些操作到直流电压输出都有3～4秒钟的延时。

在做直流电动机实验时，要注意开机时须先开“励磁电源”，后开“电枢电源”；在关机时，则要先关“电枢电源”而后关“励磁电源”的次序。同时要注意在电枢电路中串联起动电阻以防止电源短路。

具体操作要严格遵照实验指导书中有关内容的说明。

二、 电机主要类型及应用

电机是一种用来进行电能与机械能相互转换的电磁装置。其运行原理基电磁感应定律和电磁力定律。电机的类型和规格很多，按电机功用分类，可分为发电机、电动机、特殊用途电机。按电机电流类型分类，可分为直流电机和交流电机。交流电机可分为同步电机和异步电机。按电机相数分类，可分为单相、两相及多相（常用三相）电机。按电机的容量或尺寸大小可分为大、中、小、微型电机。电机还可按其他方式（如频率、转速、运动、形态，励磁磁场建立与分布等）分类。电机按功用分类及其主要用途见表2-1

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实验一 直流电机认识实验

一、实验目的

1. 学习电机实验的基本要求与安全操作注意事项。

2. 认识在直流电机实验中所用的电机，仪表、变阻器等组件。

3. 熟悉他励电动机（即并励电动机按他励方式）的接线，起动、改变电机转向与调速的方法。

二、预习要点

1. 如何正确选择使用仪器仪表。特别是电压表电流表的量程。

2. 直流电动机起动时，为什么在电枢回路中需要串接起动变阻器？不串接会产生什么严重后果？

3. 直流电动机起动时，励磁回路串接的磁场变阻器应调至什么位置？为什么？若励磁回路断开造成失磁时，会产生什么严重后果？ 4. 直流电动机调速及改变转向的方法。

三、实验项目

1. 了解DD01电源控制屏中的电枢电源、励磁电源、校正过的直流电机、变阻器、多量程直流电压表，电流表及直流电动机的使用方法。 2. 直流他励电动机的起动，调速及改变转向。

四、实验说明及操作步骤

1. 由实验指导人员介绍DDSZ—1型电机及电气技术实验装置各面板布置及使用方法，讲解电机实验的基本要求，安全操作和注意事项。 2. 直流仪表、转速表和变阻器的选择

直流仪表、转速表量程根据电机的额定值和实验中可能达到的最大值来选择，变阻器根据验要求来选用，并按电流的大小选择串联、并联或串并联的接法。 ⑴ 电压量程的选择

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如测量电动机两端为220V的直流电压，选用直流电压表为1000V量程档。 ⑵ 电流量程的选择

因为电动机的额定电流为1.06A(1-4号台)和1.2A（5-8号台），测量电枢电流的电表A3可选用直流电流表的5A量程档；额定励磁电流小于0.16A，电流表A1选用200mA量程档。

⑶ 电机额定转速为1600r/min，转速表选用1800r/min量程档。 ⑷ 变阻器的选择

变阻器选用的原则是根据实验中所需的阻值和流过变阻器最大的电流来确定，电枢回路R1可选用D44挂件的1.3A的90Ω与90Ω串联电阻，磁场回路Rf1可选用D44挂件的0.41A的900Ω与900Ω串联电阻。 3. 直流他励电动机的起动准备

按图2-1接线。图中直流他励电动机M用DJ15，其额定功率PN=185W，额定电压UN=220V，额定电流IN=1.06A(1-4号台) 或1.2A（5-8号台），额定转速nN=1600r/min,额定励磁电流IfN<0.16A。校正过的直流发电机MG作为测功机使用，TG为测速发电机。直流电流表选用D31。R1选用D44的180Ω阻值作为直流他励电动机的起动电阻。Rf1用D44的1800Ω阻值作为直流他励电动机励磁回路串接的电阻。Rf2选用D42的1800Ω阻值的变阻器，作为MG励磁回路的电阻。R2选用D41的3组90Ω与90Ω并联后的串联值作为MG的负载电阻。接好线后，检查M、MG及TG之间是否用联轴器直接联接好。

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R -max 2 6x90Ω+900//900Ωf2 mA 励磁绕组 I 2 R f2-max 900+900Ω励磁电源 220V mA1 I f1 励磁绕组 R -min f1 900+900Ω TG MG M R 1-max A F 4 I A 3 90+90Ω 220V 电枢电源 图2-1 直流他励电动机接线图

4.他励直流电动机起动步骤

⑴ 检查按图2-1的接线是否正确，电表的极性、量程选择是否对，电动机励磁回路接线是否牢靠。然后，将电动机电枢串联起动电阻R1，MG的负载电阻R2、及MG的磁场回路电阻Rf2调到阻值最大位置，M的磁场调节电Rf1调到最小位置，断开开关S，并断开控制屏下方右边的电枢电源开关，作好起动准备。

⑵ 开启控制屏上的电源总开关，按下其上方的“开”按钮，接通其下方左边的励磁电源开关，观察M及MG的励磁电流值，调节Rf2使If2等于校正值（100mA）并保持不变，再接通控制屏下方右边的电枢电源开关，使M起动。

⑶ M起动后观察转速表指针偏转方向，应为正向偏转，若不正确，可拨动转速表上正、反向开关来纠正；或者依据数显转速表的正负判断转向的正确性。调节控制屏上电枢电源“电压调节”旋钮，使电动机端电压为220伏。减小起动电阻R1阻值，直至短接。 ⑷ 合上校正过的直流发电机MG的负载开关S，调节R2阻值，使MG的负载电流IF改变，即直流电动机M的输出转矩T2改变（按IF的值，查对应于If2=100mA时的校正曲线T2=f（IF）可得知M的输出转矩T2的值，或者直接在D55上读取T2的值）。 ⑸ 调节他励电动机的转速

分别改变串入电动机M电枢回路的调节电阻R1和励磁回路的调节电阻Rf1，观察转速变化情况。

⑹ 改变电动机的转向

将电枢串联起动变阻器R1的阻值调回到最大值，先切断控制屏上的电枢电源开关，然后切断控制屏上的励磁电源开关，使他励电动机停机。在断电情况下，将电枢或励磁绕组的两端之一接线对调后，再按他励电动机的起动骤起动电动机，并观察电动机的转向及转速表指针偏转的方向。

五、注意事项

1. 直流他励电动机起动时，须将励磁回路串联的电阻Rf1调至最小，先接通励磁电源，使励磁电流最大，同时必须将电枢串联起动电阻R1调至最大，然后方可接通电枢电源。使电动机正常起动。起动后，将起动电阻R1调至零，使电机正常工作。

2. 直流他励电动机停机时，必须先切断电枢电源，然后断开励磁电源。同时必须将电枢串联的起动电阻R1调回到最大值，励磁回路串联的电阻Rf1调回到最小值。给下次起动作好准备。

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3. 测量前注意仪表的量程、极性及其接法，是否符合要求。

4. 若要测量电动机的转矩T2，必须将校正过的直流电机MG（在此作测功机使用）的励磁电流调整到校正值：100mA，以便从校正曲线中查出电动机M的输出转矩。

六、实验报告

1. 画出直流他励电动机电枢串电阻起动的接线图。说明电动机起动时，起动电阻R1和磁场调节电阻Rf1应调到什么位置？为什么？

2. 在电动机轻载及额定负载时，增大电枢回路的调节电阻，电机的转速如何变化？增大励磁回路的调节电阻，转速又如何变化？ 3. 用什么方法可以改变直流电动机的转向？

4. 为什么要求直流他励电动机磁场回路的接线要牢靠？为什么起动时电枢回路必须串联起动变阻器？

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实验二 三相变压器实验

一、实验目的

1. 通过空载和短路实验，测定三相变压器的变比和参数。 2. 通过负载实验，测取三相变压器的运行特性。

二、预习要点

1. 如何用双瓦特计法测三相功率；空载和短路实验应如何合理布置仪表。 2. 三相心式变压器的三相空载电流是否对称。 3. 如何测定三相变压器的铁耗和铜耗。 4. 空载、短路实验中，电源一般接在哪一方。

三、实验项目

1. 测定变比。

2. 空载实验。测取空载特性UO=f（IO），PO=f（UO），cos0=f（UO）。 3. 短路实验。测取短路特性UK=f（IK），PK=f（IK），cosK=f（IK）。 4. 纯电阻负载实验。保持Ul＝UN，cos2＝1的条件下，测取U2=f（I2）。四、实验说明及操作步骤

源axXA电流U交压调VbyYB相三W 10DczZCDV1VVV2 图2-4 三相变压器变比实验接线图

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1. 测定变比

实验线路如图2-4所示，被试变压器选用DJl2三相三绕组心式变压器，额定容量PN＝152/152/152W，UN=220／63.6／55V，IN=0.4/1.38/1.6A，Y/Δ/Y接法。实验时只用高、低压两组绕组，低压绕组接电源，高压绕组开路。将控制屏调压器旋钮向逆时针方向旋转到底，调到三相交流电源输出电压为零的位置。开启控制屏上电源总开关，按下“开”按钮，电源接通后，调节外施电压U＝0.5UN=27.5V，测取高、低绕组的线电压UAB、UBC、UCA、Uab、Ubc、Uca，记录于表2-4中。

表2-4 三相变压器变比测量

高压绕组线电压（V） UAB UBC UCA 2. 空载实验

低压绕组线电压（V） Uab Ubc Uca 变比（K） KAB KBC KCA ⑴ 将控制屏左侧三相交流电源的调压旋钮调到输出电压为零的位置，按下“关”按钮，在断电的条件下，按图2-5接线。变压器低压绕组接电源，高压绕组开路。

DD01 三相调压交流电源*W1*A1axXAUVWV1V3A2V2*W2*A3byYBczZC 图2-5 三相变压器空载实验接线图 ⑵ 按下“开”按钮接通三相交流电源，调节电压，使变压器的空载电压Uo=1.2UN。 ⑶ 逐次降低电源电压，在（1.2—0.2）UN范围内，测取变压器三相线电压、线电流和功率。

⑷ 测取数据时，其中UO＝UN的点必测。共取数据6-7组记录于表2-5中。

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表2-5 三相变压器空载实验

序 号 1 UAB UO (V) UBC UCA UO IA IO (A) IB IC IO PⅠ PO (W) PⅡ PO cosO 2 3 4 5 6 7 3.短路实验

⑴ 将三相交流电源的输出电压调至零值。按下“关”按钮，在断电的条件下，按图2-6接线。变压器高压绕组接电源，低压绕组直接短路。

⑵ 按下“开”按钮接通电源，逐次缓慢增大电源电压，使变压器的短路电流IK=1.1IN。 DD01 三相调压交流电源A1UVWA3W2A2V2CZzc***W1*AV1V3BXxaYyb 图2-6 三相变压器短路实验接线图 ⑶ 逐次降低电源电压，在IK=1.1~0.2IN的范围内，测取变压器的三相输入电压UK、电流IK及功率PK。

⑷ 测取数据时，IK＝IN其中点必测，共取数据5-7组填入表2-6中。实验时记下周围环境温度（℃），作为绕组的实际温度。

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表2-6 三相变压器短路实验

序 UK (V) UK IA IK (A) IB IC IK PⅠ PK (W) PⅡ PK cosK 号 UAB UBC UCA 1 2 3 4 5 6 7 4.纯电阻负载实验

⑴ 将电源电压调至零值，按下“关”按钮，按图2-7接线。变压器低压绕组接电源，高压绕组经开关S1接负载电阻RL，RL选用D42的1800Ω变阻器共三组。将负载电阻RL阻值调至最大，打开开关S1。

DD01 三相调压交流电源aUVWczZCS1A3RL图2-7 三相变压器负载实验接线图 xXAA1byYBA2 ⑵ 按下“开”按钮接通电源，调节交流电压，使变压器的输入电压U1＝UN。 ⑶ 在保持U1＝UN的条件下，合上开关S1，逐次增加负载电流，从空载到额定负载范围内，测取三相变压器输出线电压和相电流。

⑷ 测取数据时，其中I2＝0和I2＝IN两点必测。共取数据5-7组记录于表2-7中。

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表2-7 三相变压器负载实验 U1＝UN＝ V；

cos2＝1

I (A) 序 号 1 2 3 4 5 6 7 UAB U (V) UBC UCA U2 IA IB IC I2 五、注意事项

在三相变压器实验中，应注意电压表、电流表和功率表的合理布置。做短路实验时操作要快，否则绕组发热会引起电阻变化。

六、实验报告

1. 计算变压器的变比K

KAB = UAB / Uab KBC = UBC / Ubc KCA = UCA / Uca 平均变比 K=( KAB + KBC + KCA)/3

根据实验数据，计算各线电压之比，然后取其平均值作为变压器的变比。 2. 根据空载实验数据作空载特性曲线并计算激磁参数

⑴ 绘出空载特性曲线UO=f（IO），PO=f（UO），c。 os0=f（UO）式中：UO=(Uab +Ubc +Uca)/3， IO=(Ia +Ib +Ic)/3，PO＝PⅠ+ PⅡ，cos0⑵ 计算激磁参数

从空载特性曲线查出对应于UO=UN时的IO和PO值，并由下式求取激磁参数。

PO3UOIO

rmUOPO22XZr Zmmm m23IO3IO3. 绘出短路特性曲线和计算短路参数

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⑴ 绘出短路特性曲线UK=f（IK），PK=f（IK），c。 osK=f（IK）

式中： UK=( UAB + UBC + UCA)/3；IK=( IAB + IBC + ICA)/3；PK＝PⅠ+ PⅡ，

cosKPK3UKIK

⑵ 计算短路参数

从短路特性曲线查出对于IK=IN时的UK和PK值， 并由下式算出实验环境温度θ℃时的短路参数。

rKPKUK22XZr ZKKKK23IK3IKZKrKXKrX KK222KKK折算到低压方 ZK换算到基准工作温度下的短路参数rK75C和ZK75C计算短路电压百分数

uK003INZK75CUN3INXK75CUN10000

uKr003INrK75CUN10000

uKX0010000

2计算IK=IN时的短路损耗PKN3INrK75C

4. 根据空载和短路实验测定的参数，画出被试变压器的“Γ”型等效电路。 5. 变压器的电压变化率

⑴ 根据实验数据绘出cos21时的特性曲线U2=f（I2），由特征曲线算出I2=I2N时

U20U2的电压变化：u010000

U2N0⑵ 根据实验求出的参数，算出I2=IN，cos21时的电压变化率：

u00(uKrcos2uKXsin2)10000

6.绘出被试变压器的效率特性曲线

⑴ 用间接法算出在cos20.8时，不同负载电流时变压器效率，记录于表2-8中。

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表2-8 变压器效率计算结果

cos20.8 PO = W，PKN = W  I2（A） 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 P2（W） (1POI*2PKNIPNcos2POIPKN*2*222)10000

式中 PN为变压器的额定容量，PKN为变压器IK＝IN时的短路损耗，PO为UO＝UN时的空载损耗。

⑵ 计算被试变压器max时的负载系数m mPO PKN

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实验三 三相异步电动机的起动与调速

一、实验目的

通过实验掌握异步电动机的起动和调速的方法。

二、预习要点

1. 复习异步电动机有哪些起动方法和起动技术指标。 2. 复习异步电动机的调速方法。

三、实验项目

1. 直接起动

2. 星形—三角形（Y—Δ）变换起动。 3. 自耦变压器降压法起动。

4. 线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器起动。 5. 线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速。

四、实验说明及操作步骤

1.三相鼠笼式异步电机直接起动试验 ⑴ 按图2-19接线，电机绕组为Δ接法。

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DD01 三相调压交流电源UAAVVWBC3~M 图2-19 异步电动机直接起动 ⑵ 把交流调压器退到零位，开启电源总开关，按下“开”按钮，接通三相交流电源。 ⑶ 调节调压器，使输出电压达电机额定电压220V，使电机起动旋转，（如电机旋转方向不符合要求时，必须首先按下“关”按钮，切断三相交流电源，然后再调整相序）。 ⑷ 按下“关”按钮，断开三相交流电源，待电动机停止旋转后，按下“开”按钮，接通三相交流电源，使电机全压起动，观察电机起动瞬间电流值（按指针式电流表偏转的最大位置所对应的读数值定性计量）。 2.星形 一 三角形（Y—Δ）起动 ⑴ 按图20接线，把调压器退到零位。

⑵ 三相双掷开关合向右边（Y接法）。合上电源开关，调节调压器使逐渐升压至电机额定电压220V，断开电源，待电机停转。

⑶ 合上电源开关，观察起动瞬间电流，然后把S合向左边，使电机（Δ接法）正常运行，整个起动过程结束。观察起动瞬间电流表的显示值以与其它起动方法作定性比较。

DD01 三相调压交流电源UAAXVBVWCZYS△ Y 图2-20 三相鼠笼式异步电机星形——三角形起动

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3.自耦变压器降压法起动

⑴ 按图2-21接线，电机绕组为Δ接法。

⑵ 把交流调压器退到零位，开启电源总开关，按下“开”按钮，接通三相交流电源。 ⑶ 合上电源开关，调节调压器使输出电压达电机额定电压220伏，断开电源，待电机停转。

⑷ 把S合向右边，合上电源开关，使电机按自耦变压器降压起动（自耦变压器抽头输出电压分别为电源电压的80％、60％和40％），经过一段时间再把S合向左边，使电机按额定电压正常运行，整个起动过程结束。观察起动瞬间电流表的显示值以与其它起动方法作定性比较。

ABCXYZDD01 三相调压交流电源UAAVVWSBC3~M 图2-21 三相鼠笼式异步电动机自耦变压器法起动 4. 绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器起动 ⑴ 实验线路图见图2-22。电机定子绕组采用Y形接法。

⑵ 转子三相绕组每相串入的电阻值为0～15Ω（利用D43三组电阻器）。

⑶ 按下“开”按钮，接通三相交流电源，使电机全压起动，观察电机起动瞬间电流值（按指针式电流表偏转的最大位置所对应的读数值定性计量），将数据填入表2-21中。

表2-21 绕线式异步电动机转子绕组串可变电阻器起动实验

Rst（Ω） 170

0 2 5 15 Ist （A） 5. 绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速

⑴ 实验线路图同图2-22。同轴联接校正直流电机MG作为绕绕式异步电动机M的负载，MG的实验电路参考图2-2左接线。电路接好后，将M的转子附加电阻调至最大。 ⑵ 合上电源开关，电机空载起动，保持调压器的输出电压为电机额定电压220V，转子附加电阻调至零。

⑶ 调节校正电机的励磁电流If为校正值（100mA），再调节直流发电机负载电流，使电动机输出功率接近额定功率并保持此时的输出转矩T2不变，改变转子附加电阻（每相附加电阻分别为0Ω、2Ω、5Ω、15Ω），测相应的转速记录于表2-22中。

DD01 三相调压交流电源UAVVW3~M 图2-22 绕线式异步电动机转子绕组串可变电阻器起动 表2-22 绕线式异步电动机转子绕组串可变电阻器起动实验

Rst（Ω） n（r/min） 0 2 5 15 五、实验报告

1. 比较异步电动机不同起动方法的优缺点。

2. 由起动试验数据求下述三种情况下的起动电流和起动转矩： ⑴ 外施额定电压UN（直接法起动）； ⑵ 外施电压为UN/3（Y-Δ起动）；

⑶ 外施电压为Uk/KA，式中KA为起动用自耦变压器的变比。 3. 线绕式异步电动机转子绕组串入电阻对起动电流的影响。

171

4. 线绕式异步电动机转子绕组串入电阻对电机转速的影响。

六、思考题

1. 起动电流和外施电压成正比，起动转矩和外施电压的平方成正比在什么情况下才能够成立？

2. 起动时的实际情况和上述假定是否相符，不相符的主要因素是什么？

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